CN113921852B - 基于液态磁热流的燃料电池冷启动系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于液态磁热流的燃料电池冷启动系统及控制方法，通过燃料电池热管理单元与燃料电池电堆连通，燃料电池热管理单元中设置冷却回路和磁工质回路，热管理控制器与冷却回路中的第一循环泵、第一散热器、三通电磁阀、第一温度传感器和第二温度传感器电性连接，以及与磁工质回路中的第二循环泵、第二散热器和第三温度传感器电性连接，利用磁性材料的磁热效应在低温环境中通过构建磁化放热→退磁吸热→磁化放热，循环将环境中的热量传递给燃料电池电堆来实现燃料电池的冷启动，耗能低，有利于提高燃料电池的利用率和续航里程，避免冰融化造成铂与离子树脂界面脱离导致不可逆的电化学活性面积的损失。

Description

基于液态磁热流的燃料电池冷启动系统及控制方法
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，涉及一种基于液态磁热流的燃料电池冷启动系统及控制方法。
背景技术
作为汽车电动化的解决方案之一的燃料电池汽车的大规模商业化还存在着成本高、寿命短、氢基础设施薄弱等问题。其中，燃料电池冷启动问题则是阻碍燃料电池商业化的关键技术瓶颈之一，是燃料电池汽车冬季运行的最大挑战。
当燃料电池不采取任何保护措施的情况下，在低于0℃的低温环境中启动时，其反应所产生的水首先会在催化层内部结冰，导致催化层反应活性位点被覆盖和氧气传输受阻，电压出现骤降；当催化层完全被冰覆盖而电堆温度还未升至0℃以上则会在扩散层和流道内结冰导致冷启动失败。另一方面，催化层的结冰过程会导致催化剂层和质子交换膜之间出现间隙，同时结冰/融化循环会引起催化层微孔结构的崩塌和致密化以及催化层中铂颗粒的粗化，致使电化学活性表面积减小并难以恢复，从而对燃料电池发电性能造成永久性损害，而且循环次数越多冷启温度越低对电池损害越大。
目前燃料电池冷启动的技术方案主要是在电堆停机时利用气体吹扫来降低燃料电池膜电极的含水量，从而减少固态冰的形成，但是在电堆温度未升至0℃以上时只要启动电堆产生水就会结冰，而且首先是在铂颗粒表面与离子树脂接触的部位产生冰，一旦温度升至室温，铂与离子树脂界面的冰融化就会造成界面的脱离，导致不可逆的电化学活性面积的损失。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于液态磁热流的燃料电池冷启动系统及控制方法，采用燃料电池热管理单元与燃料电池电堆连通，燃料电池热管理单元中设置冷却回路和磁工质回路，热管理控制器与冷却回路中的第一循环泵、第一散热器、三通电磁阀、第一温度传感器和第二温度传感器电性连接，以及与磁工质回路中的第二循环泵、第二散热器和第三温度传感器电性连接，利用磁性材料的磁热效应在低温环境中通过构建磁化放热→退磁吸热→磁化放热，循环将环境中的热量传递给燃料电池电堆来实现燃料电池的冷启动，耗能低，有利于提高燃料电池的利用率和续航里程，避免冰融化造成铂与离子树脂界面脱离导致不可逆的电化学活性面积的损失。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于液态磁热流的燃料电池冷启动系统，它包括燃料电池电堆、燃料电池热管理单元和热管理控制器，所述燃料电池热管理单元的冷却回路与燃料电池电堆连通，磁工质回路中的磁热流热交换器串联于冷却回路中，热管理控制器与冷却回路中的第一循环泵、第一散热器、三通电磁阀、第一温度传感器和第二温度传感器电性连接，以及与磁工质回路中的第二循环泵、第二散热器和第三温度传感器电性连接。
所述冷却回路中依次串联有永磁体、第一散热器和三通电磁阀。
所述磁热流热交换器位于永磁体的磁场空腔内。
所述第一散热器一侧与燃料电池电堆连通的支路上设置第一温度传感器；第一散热器另一侧与燃料电池电堆连通的支路与三通电磁阀连通，该支路上依次设置有第一循环泵和第二温度传感器。
所述磁热流热交换器包括磁热流热交换器外壳、保温层、液态磁质储热管和冷却液热交换管；磁热流热交换器外壳与液态磁质储热管外壁之间的空间填充绝热材料形成所述的保温层；液态磁质储热管内壁与冷却液热交换管外壁之间的空腔为液态磁质的流动通道；冷却液热交换管两端的冷却液进口和冷却液出口与冷却回路连通。
所述液态磁质的流动通道两端的液态磁质进液管和液态磁质出液管与磁工质回路连通。
所述磁热流热交换器的冷却液热交换管外壁上连接有平行于轴线的翅片。
所述翅片呈放射状布设延伸至液态磁质储热管内壁并与其接触。
所述磁热流热交换器的保温层为真空层，其内部填充的绝热材料为二氧化硅纳米微孔绝热材料。
如上所述的基于液态磁热流的燃料电池冷启动系统的控制方法，它包括如下步骤：
S1，当燃料电池在低于0℃的环境下需要冷启动，且热管理控制器监测到燃料电池电堆冷却液温度TF小于第一阈值温度T1时，三通电磁阀导通磁热流热交换器的冷却液进口，第一循环泵、第二循环泵和第二散热器启动；
S1-1，热交换，第二循环泵驱动液态磁质中的磁性粉体进入磁热流热交换器的液态磁质的流动通道，液态磁质中的磁性粉体在永磁体所形成的磁场中开始磁化放热，冷却液热交换管将磁化热传递给冷却液热交换管内的冷却液；
S1-2，磁化放热，在第一循环泵的驱动下冷却液流入燃料电池电堆将磁化热传递给电堆，而液态磁质则在流经第二散热器时通过热交换吸收环境中的热量完成退磁后再次进入磁热流热交换器进行磁化放热；
S1-3，供热及控制，重复S1-1和S1-2对燃料电池电堆持续供热使其升温；在此过程中，热管理控制器调整第一循环泵、第二循环泵和第二散热器的转速，控制液态磁质储热管的液态磁质出液管处的温度与冷却液进口处的温度保持一致；
S2，温度监测及控制，实时监测冷却液温度TF与第一阈值温度T1的大小变化；第一阈值温度T1设定为-4℃~0℃之间；
S2-1，当热管理控制器监测到TF＞T1时，关闭第二循环泵和第二散热器，燃料电池开始启动，热管理控制器开始实时监测燃料电池电堆冷却液温度TF与第二阈值温度T2的大小；第二阈值温度T2设定为70℃~75℃之间；
S2-2，当热管理控制器监测到TF＞T2时，三通电磁阀导通第一散热器，使燃料电池电堆的冷却液流经第一散热器进行散热降温以确保燃料电池处于最佳的工作温度区间。
本发明的主要有益效果在于：
利用磁性材料的磁热效应在低温环境中构建磁化放热→退磁吸热→磁化放热循环将环境中的热量传递给燃料电池电堆来实现燃料电池的冷启动。
燃料电池热管理单元用于控制燃料电池电堆的工作温度，并在冷启动前通过利用液态磁质流进入磁热流热交换器，在永磁体所形成的磁场中释放的磁化热为燃料电池电堆进行预热。
冷却液热交换管外壁上连接有平行于其轴线的翅片以增强冷却液与液态磁质之间的热传导，翅片呈放射状延伸至液态磁质储热管内壁并与其紧密接触，为液态磁质储热管提供机械支撑。
通过PWM控制机制发送脉宽调制信号以调控循环泵电机和散热器风扇电机的转速，实现对燃料电池电堆持续供热升温至符合燃料电池的启动温度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明的系统图。
图2为本发明磁热流热交换器内部的结构示意图。
图3为本发明磁热流热交换器的液态磁质进口处的截面示意图。
图4为本发明磁热流热交换器中部的截面示意图。
图5为本发明磁热流热交换器的液态磁质出口处的截面示意图。
图6为本发明磁热流热交换器的冷却液热交换管的结构示意图。
图7为本发明的流程图。
图中：燃料电池电堆1，燃料电池热管理单元2，第一循环泵201，第二循环泵202，永磁体203，磁热流热交换器204，磁热流热交换器外壳2041，保温层2042，液态磁质储热管2043，冷却液热交换管2044，翅片2045，冷却液进口2046，冷却液出口2047，液态磁质进液管2048，液态磁质出液管2049，第一散热器205，第二散热器206，三通电磁阀207，第一温度传感器208，第二温度传感器209，第三温度传感器210，热管理控制器3。
具体实施方式
如图1~图7中，一种基于液态磁热流的燃料电池冷启动系统，它包括燃料电池电堆1、燃料电池热管理单元2和热管理控制器3，所述燃料电池热管理单元2的冷却回路与燃料电池电堆1连通，磁工质回路中的磁热流热交换器204串联于冷却回路中，热管理控制器3与冷却回路中的第一循环泵201、第一散热器205、三通电磁阀207、第一温度传感器208和第二温度传感器209电性连接，以及与磁工质回路中的第二循环泵202、第二散热器206和第三温度传感器210电性连接。使用时，利用磁性材料的磁热效应在低温环境中通过构建磁化放热→退磁吸热→磁化放热，循环将环境中的热量传递给燃料电池电堆来实现燃料电池的冷启动，耗能低，有利于提高燃料电池的利用率和续航里程，避免冰融化造成铂与离子树脂界面脱离导致不可逆的电化学活性面积的损失。
优选地，第一温度传感器208设置在燃料电池电堆1的冷却液进口处，第二温度传感器209设置在燃料电池电堆1的冷却液出口处，所述第三温度传感器210设置在磁热流热交换器204的液态磁质出口处。
优选的方案中，所述冷却回路中依次串联有永磁体203、第一散热器205和三通电磁阀207。
优选的方案中，所述磁热流热交换器204位于永磁体203的磁场空腔内。
优选的方案中，所述第一散热器205一侧与燃料电池电堆1连通的支路上设置第一温度传感器208；第一散热器205另一侧与燃料电池电堆1连通的支路与三通电磁阀207连通，该支路上依次设置有第一循环泵201和第二温度传感器209。
优选地，第一温度传感器208、第二温度传感器209分别用于监测冷却液进、出燃料电池电堆时的温度，第三温度传感器210用于监测液态磁质流出磁热流热交换器204时的温度。
优选地，燃料电池热管理单元2用于控制燃料电池电堆1的工作温度，并在冷启动前，通过利用液态磁质流进入磁热流热交换器204时，在永磁体203所形成的磁场中释放的磁化热为燃料电池电堆1进行预热。
优选地，热管理控制器3用于接收燃料电池电堆1中冷却液进口和出口以及燃料电池热管理单元2中磁热流热交换器204的液态磁质出口的温度信号，并向燃料电池热管理单元2中的第一循环泵201、第二循环泵202、第一散热器205、第二散热器206以及三通电磁阀207发送开关指令，通过PWM控制机制调控循环泵电机和散热器风扇电机的转速。
优选的方案中，所述磁热流热交换器204包括磁热流热交换器外壳2041、保温层2042、液态磁质储热管2043和冷却液热交换管2044；磁热流热交换器外壳2041与液态磁质储热管2043外壁之间的空间填充绝热材料形成所述的保温层2042；液态磁质储热管2043内壁与冷却液热交换管2044外壁之间的空腔为液态磁质的流动通道；冷却液热交换管2044两端的冷却液进口2046和冷却液出口2047与冷却回路连通。
优选地，磁热流热交换器204为套管结构，冷却液热交换管2044为燃料电池电堆冷却液的流动通道。
优选地，液态磁质由磁性粉体和液态基液组成。
优选地，磁性粉体为居里温度在245~280K之间的磁性材料，包括但不限于Gd-Si-Ge、La-Fe-Si-C、La-Fe-Co-Al、La-Fe-Co-Si、La-Fe-Al-C、La-Fe-Al-H、La-Fe-Al-C-H、La-Pr-Fe-Co-Si、Mn-Fe-P-As、Mn-Cr-Co-Ge等系列合金材料。
优选地，液态基液为硅油。
优选的方案中，所述液态磁质的流动通道两端的液态磁质进液管2048和液态磁质出液管2049与磁工质回路连通。
优选的方案中，所述磁热流热交换器204的冷却液热交换管2044外壁上连接有平行于轴线的翅片2045。使用时，翅片2045增强冷却液与液态磁质之间的热传导。
优选的方案中，所述翅片2045呈放射状布设延伸至液态磁质储热管2043内壁并与其接触。使用时，翅片2045呈放射状并与液态磁质储热管2043接触，为液态磁质储热管2043提供机械支撑。
优选地，翅片2045沿轴向的长度最大值不能超过液态磁质进液管2048和出液管2049内侧壁切线之间的距离，以利于液态磁质均匀分布于冷却液热交换管2044外壁与液态磁质储热管2043内壁之间形成的空腔内。
优选的方案中，所述磁热流热交换器204的保温层2042为真空层，其内部填充的绝热材料为二氧化硅纳米微孔绝热材料。使用时，二氧化硅纳米微孔绝热材料包括气相二氧化硅、二氧化硅气凝胶及沉淀法二氧化硅，密封于真空的保温层2042内。
优选的方案中，如上所述的基于液态磁热流的燃料电池冷启动系统的控制方法，它包括如下步骤：
S1，当燃料电池在低于0℃的环境下需要冷启动，且热管理控制器3监测到燃料电池电堆1冷却液温度TF小于第一阈值温度T1时，三通电磁阀207导通磁热流热交换器204的冷却液进口2046，第一循环泵201、第二循环泵202和第二散热器206启动；
S1-1，热交换，第二循环泵202驱动液态磁质中的磁性粉体进入磁热流热交换器204的液态磁质的流动通道，液态磁质中的磁性粉体在永磁体203所形成的磁场中开始磁化放热，冷却液热交换管2044将磁化热传递给冷却液热交换管2044内的冷却液；
S1-2，磁化放热，在第一循环泵201的驱动下冷却液流入燃料电池电堆1将磁化热传递给电堆，而液态磁质则在流经第二散热器206时通过热交换吸收环境中的热量完成退磁后再次进入磁热流热交换器204进行磁化放热；
S1-3，供热及控制，重复S1-1和S1-2对燃料电池电堆1持续供热使其升温；在此过程中，热管理控制器3调整第一循环泵201、第二循环泵202和第二散热器206的转速，控制液态磁质储热管2043的液态磁质出液管2049处的温度与冷却液进口2046处的温度保持一致；
S2，温度监测及控制，实时监测冷却液温度TF与第一阈值温度T1的大小变化；第一阈值温度T1设定为-4℃~0℃之间；
S2-1，当热管理控制器3监测到TF＞T1时，关闭第二循环泵202和第二散热器206，燃料电池开始启动，热管理控制器3开始实时监测燃料电池电堆1冷却液温度TF与第二阈值温度T2的大小；第二阈值温度T2设定为70℃~75℃之间；
S2-2，当热管理控制器3监测到TF＞T2时，三通电磁阀207导通第一散热器205，使燃料电池电堆1的冷却液流经第一散热器205进行散热降温以确保燃料电池处于最佳的工作温度区间。该方法通过构建磁化放热→退磁吸热→磁化放热，循环将环境中的热量传递给燃料电池电堆来实现燃料电池的冷启动，避免温度升至室温时，冰融化造成铂与离子树脂界面脱离导致不可逆的电化学活性面积的损失。
具体地，如图1所示，
燃料电池电堆1的冷却液出口与燃料电池热管理单元2中的第一循环泵201的进液口通过管道连接。
第一循环泵201的出液口与三通电磁阀207的进液口通过管道连接；三通电磁阀207的第一出液口和第二出液口分别与第一散热器205的进液口、磁热流热交换器204的冷却液进口2046通过管道连接；冷却液进口2046见图2。
磁热流热交换器204的冷却液出口2047与第一散热器205的出液口分别通过管道接于燃料电池电堆1的冷却液进口，从而形成燃料电池电堆1的冷却液循环回路。冷却液出口2047见图2。
第二循环泵202的出液口与磁热流热交换器204的液态磁质进口2048通过管道连接，磁热流热交换器204的液态磁质出口2049与第二散热器206进液口通过管道连接，第二散热器206的出液口与第二循环泵202的进液口通过管道连接，形成液态磁质的循环回路。液态磁质进口2048见图2。
具体地，分别在第一循环泵201和第二循环泵202的进出液管路上还连接有用于定压补液的缓冲罐。缓冲罐图中未示出。
具体地，如图1所示，热管理控制器3通过低压信号线与燃料电池热管理单元2中的第一温度传感器208、第二温度传感器209和第三温度传感器210连接，接收温度传感器的温度信号。
通过低压开关控制线与燃料电池热管理单元2中的三通电磁阀207连接，向其发送开通方向的指令。
通过低压开关控制线与燃料电池热管理单元2中的中的第一循环泵201、第二循环泵202、第一散热器205以及第二散热器206连接，向上述循环泵、散热器风扇发送开关指令并通过PWM控制机制向其发送脉宽调制信号以调控循环泵电机和散热器风扇电机的转速。
一种基于液态磁热流的燃料电池冷启动系统工作在冷启动模式和正常热管理模式：
实施例1，在冷启动模式下，
热管理控制器3开启燃料电池热管理单元2中的三通电磁阀207的第二阀门，然后分别启动第一循环泵201和第二循环泵202，从而使燃料电池电堆1的冷却液路运行轨迹为：第一循环泵201→三通电磁阀207→磁热流热交换器204→燃料电池电堆入口前冷却液温度传感器208→燃料电池电堆1→燃料电池电堆出口后冷却液温度传感器209→第一循环泵201，从而构成燃料电池电堆的载热流体传递回路；
液态磁质的运行轨迹则为：第二循环泵202→磁热流热交换器204→第三温度传感器210→第二散热器206→第二循环泵202；在此过程中，燃料电池热管理单元2中的液态磁质在流进磁热流热交换器204的液态磁质储热管2043时因处于永磁体203所形成的磁场中开始磁化放热并通过冷却液热交换管2044将磁化热传递给冷却液热交换管2044内的冷却液，冷却液则在第一循环泵201的驱动下流进燃料电池电堆1将磁化热传递给电堆，而液态磁质则在流经第二散热器206时通过热交换吸收环境中的热量完成退磁后再次进入磁热流热交换器204进行磁化放热，如此循环从而实现对燃料电池电堆1持续供热升温至符合燃料电池的启动温度。
实施例2，在正常热管理模式下，燃料电池电堆1的冷却液存在着两种不同的循环路径，其中，
当燃料电池电堆1刚完成低温启动还未达到最佳工作温度时，热管理控制器3关闭燃料电池热管理单元2中的第二循环泵202和第二散热器风扇，并保持第一循环泵201和三通电磁阀207的第二阀门仍处于开启状态，使冷却液按照前述料电池电堆的载热流体传递回路进行循环。
当燃料电池电堆1已进入最佳工作温度区间时，热管理控制器3则开启燃料电池热管理单元2中三通电磁阀207的第一阀门，使燃料电池电堆1的冷却液路运行轨迹为：第一循环泵201→三通电磁阀207→第一散热器205→燃料电池电堆入口前冷却液温度传感器208→燃料电池电堆1→燃料电池电堆出口后冷却液温度传感器209→第一循环泵201，从而构成燃料电池的载热流体传递回路。在此过程中，热管理控制器3通过PWM控制机制分别向燃料电池热管理单元2中第一循环泵201和第一散热器205的风扇发送脉宽调制信号来调控循环泵电机和散热器风扇电机的转速以控制燃料电池电堆1的温度。
热管理控制器3将第一温度传感器208测得的冷却液温度记为TFi，将第二温度传感器209测得的冷却液温度记为TFo，在实施例1中，热管理控制器3采用TFi或者TFo作为燃料电池电堆1的参考温度进行后续比较和处理；在实施例2中，热管理控制器3采用TFi和TFo的平均值作为后续比较和处理的参数。以下将上述实施例中的TFi或/和TFo统称为“燃料电池电堆冷却液温度TF”。并将第三温度传感器210的参考温度称为“液态磁质出口温度TM”。
在实施例1中，热管理控制器3读取第一阈值温度T1、第二阈值温度T2，其中，第一阈值温度T1小于第二阈值温度T2，即T1＜T2。其中，第一阈值温度T1设定为-4℃~0℃区间中的一个温度；第二阈值温度T2设定为70℃~75℃区间中的一个温度，即燃料电池电堆1正常工作的最佳温度。
热管理控制器3比较燃料电池电堆冷却液温度TF和第一阈值温度T1。当TF＜T1时，燃料电池热管理系统进入冷启动模式；当TF＞T1时，燃料电池热管理系统进入正常热管理模式。
本发明利用磁性材料的磁热效应在低温环境中通过构建磁化放热→退磁吸热→磁化放热循环将环境中的热量传递给燃料电池电堆来实现燃料电池的冷启动，与常规热泵及采用电加热或氢气催化燃烧等预热方式相比具有耗能低的优点，因而可提高燃料电池汽车车载能源的利用率，例如电能或氢能的利用率，从而延长燃料电池的续驶里程。
实施例3，
本发明上述实施例还提供一种基于液态磁热流的燃料电池冷启动系统的控制方法，如图7所示，该方法通过如下步骤实现：
在步骤500中，热管理控制器3监测通过燃料电池电堆1的冷却液温度TF值；在实施例1中，热管理控制器3采用TFi和TFo的平均值作为燃料电池电堆1的冷却液温度TF值。然后，比较燃料电池电堆冷却液温度TF和第一阈值温度T1的大小并进入步骤510。
在步骤510中，热管理控制器3监测是否存在TF＜T1的情况，是则进入步骤511，否则进入步骤520。
在步骤511中，热管理控制器3开启燃料电池热管理单元2的三通电磁阀207的第二阀门、第一循环泵201、第二循环泵202以及第二散热器206的风扇；
或者，在三通电磁阀207的第二阀门、第一循环泵201、第二循环泵202以及第二散热器206保持开启状态下，从步骤513返回至步骤511时；
使燃料电池热管理单元2的液态磁质流进磁热流热交换器204，从而进入永磁体203的磁场进行磁化放热，并通过冷却液热交换管2044将磁化热传递给冷却液热交换管2044内的冷却液，冷却液则将磁化热传递给燃料电池电堆1进行预热；然后进入步骤512开始监测燃料电池电堆冷却液进口温度TFi和液态磁质出口温度TM之间的大小，并实时返回步骤510监测TF与T1的大小变化。
在步骤512中，热管理控制器3开始监测是否存在TFi=TM的情况，如果存在则进入步骤513，否则进入步骤514。
在步骤513中，热管理控制器3继续保持第一循环泵201、第二循环泵202和第二散热器206的电机转速保持不变，并返回步骤511。
在步骤514中，热管理控制器3开始循环筛测可能存在的TFi＜TM或TFi＞TM两种情况：如果监测到TFi＜TM时便进入步骤515，如果监测到TFi＞TM则进入步骤516。
在步骤515中，热管理控制器3则适当增加第一循环泵201的转速和减小第二循环泵202的转速，然后返回步骤512以期实现TFi=TM的平衡状态。
在步骤516中，热管理控制器3则适当增加第二散热器206的风扇转速，然后返回步骤512以期实现TFi=TM的平衡状态。
在步骤520中，热管理控制器3关闭燃料电池热管理单元2的第二循环泵202和第二散热器206的风扇，并保持三通电磁阀207的第二阀门和第一循环泵201处于开启状态，燃料电池电堆开始冷启动并进入正常热管理模式，然后进入步骤521。
在步骤521中，热管理控制器3开始实时监测燃料电池电堆冷却液温度TF与第二阈值温度T2的大小变化。
在步骤522中，热管理控制器3监测是否存在TF＞T2的情况：是则进入步骤523；否则返回步骤520，使三通电磁阀207的第二阀门和第一循环泵201继续保持开启状态。
在步骤523中，热管理控制器3开启燃料电池热管理单元2的三通电磁阀207的第一阀门，使燃料电池电堆1的冷却液流经第一散热器205进入电堆进行正常热管理，并通过PWM控制机制分别向第一循环泵201和第一散热器205的风扇发送脉宽调制信号来调控循环泵电机和散热器风扇电机的转速以控制燃料电池电堆1的温度。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于液态磁热流的燃料电池冷启动系统，其特征是：它包括燃料电池电堆（1）、燃料电池热管理单元（2）和热管理控制器（3）；所述燃料电池热管理单元（2）的冷却回路与燃料电池电堆（1）连通，磁工质回路中的磁热流热交换器（204）串联于冷却回路中，热管理控制器（3）与冷却回路中的第一循环泵（201）、第一散热器（205）、三通电磁阀（207）、第一温度传感器（208）和第二温度传感器（209）电性连接，以及与磁工质回路中的第二循环泵（202）、第二散热器（206）和第三温度传感器（210）电性连接；
其控制方法包括如下步骤：
S1，当燃料电池在低于0℃的环境下需要冷启动，且热管理控制器（3）监测到燃料电池电堆（1）冷却液温度TF小于第一阈值温度T1时，三通电磁阀（207）导通磁热流热交换器（204）的冷却液进口（2046），第一循环泵（201）、第二循环泵（202）和第二散热器（206）启动；
S1-1，热交换，第二循环泵（202）驱动液态磁质中的磁性粉体进入磁热流热交换器（204）的液态磁质的流动通道，液态磁质中的磁性粉体在永磁体（203）所形成的磁场中开始磁化放热，冷却液热交换管（2044）将磁化热传递给冷却液热交换管（2044）内的冷却液；
S1-2，磁化放热，在第一循环泵（201）的驱动下冷却液流入燃料电池电堆（1）将磁化热传递给电堆，而液态磁质则在流经第二散热器（206）时通过热交换吸收环境中的热量完成退磁后再次进入磁热流热交换器（204）进行磁化放热；
S1-3，供热及控制，重复S1-1和S1-2对燃料电池电堆（1）持续供热使其升温；在此过程中，热管理控制器（3）调整第一循环泵（201）、第二循环泵（202）和第二散热器（206）的转速，控制液态磁质储热管（2043）的液态磁质出液管（2049）处的温度与冷却液进口（2046）处的温度保持一致；
S2，温度监测及控制，实时监测冷却液温度TF与第一阈值温度T1的大小变化；第一阈值温度T1设定为-4℃~0℃之间；
S2-1，当热管理控制器（3）监测到TF＞T1时，关闭第二循环泵（202）和第二散热器（206），燃料电池开始启动，热管理控制器（3）开始实时监测燃料电池电堆（1）冷却液温度TF与第二阈值温度T2的大小；第二阈值温度T2设定为70℃~75℃之间；
S2-2，当热管理控制器（3）监测到TF＞T2时，三通电磁阀（207）导通第一散热器（205），使燃料电池电堆（1）的冷却液流经第一散热器（205）进行散热降温以确保燃料电池处于最佳的工作温度区间。
2.根据权利要求1所述的基于液态磁热流的燃料电池冷启动系统，其特征是：所述冷却回路中依次串联有永磁体（203）、第一散热器（205）和三通电磁阀（207）。
3.根据权利要求1所述的基于液态磁热流的燃料电池冷启动系统，其特征是：所述磁热流热交换器（204）位于永磁体（203）的磁场空腔内。
4.根据权利要求1所述的基于液态磁热流的燃料电池冷启动系统，其特征是：所述第一散热器（205）一侧与燃料电池电堆（1）连通的支路上设置第一温度传感器（208）；第一散热器（205）另一侧与燃料电池电堆（1）连通的支路与三通电磁阀（207）连通，该支路上依次设置有第一循环泵（201）和第二温度传感器（209）。
5.根据权利要求1所述的基于液态磁热流的燃料电池冷启动系统，其特征是：所述磁热流热交换器（204）包括磁热流热交换器外壳（2041）、保温层（2042）、液态磁质储热管（2043）和冷却液热交换管（2044）；磁热流热交换器外壳（2041）与液态磁质储热管（2043）外壁之间的空间填充绝热材料形成所述的保温层（2042）；液态磁质储热管（2043）内壁与冷却液热交换管（2044）外壁之间的空腔为液态磁质的流动通道；冷却液热交换管（2044）两端的冷却液进口（2046）和冷却液出口（2047）与冷却回路连通。
6.根据权利要求5所述的基于液态磁热流的燃料电池冷启动系统，其特征是：所述液态磁质的流动通道两端的液态磁质进液管（2048）和液态磁质出液管（2049）与磁工质回路连通。
7.根据权利要求1所述的基于液态磁热流的燃料电池冷启动系统，其特征是：所述磁热流热交换器（204）的冷却液热交换管（2044）外壁上连接有平行于轴线的翅片（2045）。
8.根据权利要求7所述的基于液态磁热流的燃料电池冷启动系统，其特征是：所述翅片（2045）呈放射状布设延伸至液态磁质储热管（2043）内壁并与其接触。
9.根据权利要求1所述的基于液态磁热流的燃料电池冷启动系统，其特征是：所述磁热流热交换器（204）的保温层（2042）为真空层，其内部填充的绝热材料为二氧化硅纳米微孔绝热材料。
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